(57)【要約】【課題】  櫛形治具、当金および足し鉛を用いてバーナー法により、ストラップを形成する鉛蓄電池の製造方法において、ストラップ／耳部溶接界面に形成される隙間を大幅に抑制可能な鉛蓄電池の製造方法を提供することにある。【解決手段】  ストラップを形成する鉛蓄電池の製造方法において、前記櫛形治具に設けられたスリットに挿入された正極板耳部および／または負極板耳部の櫛形上面より突出している部分の長さをＬ（ｍｍ）、正極板耳部および／または負極板耳部の厚さをｓ（ｍｍ）としとき、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たすことを特徴とする発明である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
櫛形治具、当金および足し鉛を用いてバーナー法によりストラップを形成する鉛蓄電池の製造方法において、
前記櫛形治具に設けられたスリットに挿入された正極板耳部および／または負極板耳部の櫛形上面より突出している部分の長さをＬ（ｍｍ）、正極板耳部および／または負極板耳部の厚さをｓ（ｍｍ）としとき、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たすことを特徴とする鉛蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
鉛蓄電池の製造方法、特に極板群の溶接に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、鉛蓄電池は自動車用や産業用をはじめとしてあらゆる分野で広く使用されており、軽量化、コストダウン、メンテナンスフリー化、長寿命化、品質の安定化等が強く求められている。
【０００３】
鉛蓄電池の発電要素を構成している極板群は極板、極板耳部、ストラップおよび極柱あるいは接続捍からなっており、図３および図４はその一例を示す要部模式図で、図３は正面図、図４は図３の破線で囲った部分の上面図で、図において、１ａは正極板、１ｂは負極板、２ａは正極板耳部、２ｂは負極板耳部、３ａは正極ストラップ、３ｂは負極ストラップ、４ａは正極極柱、４ｂは負極極柱、５はセパレータ、６は極板群をそれぞれ示す。
【０００４】
図３および図４に示すように、ストラップを形成するということは、複数の正極板耳部２ａが、正極ストラップ３ａにより電気的に接続されると共に、前記正極ストラップ３ａを介して正極極柱４ａと正極板耳部２ａとが一体に溶接・接合され、また、複数の負極板耳部２ｂが、負極ストラップ３ｂにより電気的に接続されると共に、前記負極ストラップ３ｂを介して負極極柱４ｂと負極板耳部２ｂとが一体に溶接・接合されることを意味する。
【０００５】
前記ストラップ形成方法には、ストラップおよび極柱（あるいは接続捍）の形状を有する鋳型に溶融鉛を注入し、極板群を倒立して極板耳部を該鋳型に浸漬し、ストラップ、極柱（あるいは接続捍）および極板耳部を鋳造により一体に形成する、いわゆる、キャスト・オン・ストラップ法（Ｃａｓｔ  ｏｎ  Ｓｔｒａｐ、略してＣＯＳという）と、あらかじめ鋳造により作製された極柱（あるいは接続捍）と極板耳部とをガスバーナー等で部分的に溶融すると共に、足し鉛と呼ばれる鉛あるいは鉛合金棒を溶融しながら供給してストラップを形成し、前記ストラップを介して極板耳部と極柱（あるいは接続捍）とを一体に溶接・接合するガスバーナー法とがある。後者は多品種少量生産の鉛蓄電池に適用されている。
【０００６】
図５は、溶接治具およびガスバーナーを用いてストラップを形成する一例を模式的に示す一部欠栽の正面図で、図において、３ａは溶接後に形成される正極ストラップ（破線部分）、７は溶接補助具Ａ（通常、櫛形治具と称している、以降、櫛形治具と記載）、８は溶接補助具Ｂ（通常、当金と称している、以降、当金と記載）、９は前記当金８に設けられた凹部、１０は足し鉛、１１はガスバーナーをそれぞれ示す。他の構成部材は図３と同じ番号を付記する。
【０００７】
図５に示すように、ガスバーナー１１で正極板耳部２ａおよび正極極柱４ａを部分的に溶融すると共に、足し鉛１０を溶融して正極板耳部２ａの上面に供給し、破線で示す正極ストラップ３ａを形成し、このストラップ３ａにより複数の正極板耳部２ａが電気的に接続されると共に、正極板耳部２ａは、前記正極ストラップ３ａを介して正極極柱４ａと一体に溶接・接合される。図５では、正極の場合を示しているが、負極においても同じ溶接法により、複数の負極板耳部２ｂがストラップ３ｂにより電気的に接続されると共に、負極ストラップ３ｂを介して負極極柱４ｂと一体に溶接・接合される。
【０００８】
ガスバーナー法でストラップを形成した際に、正極ストラップ３ａと正極板耳部２ａとの溶接部あるいは負極ストラップ３ｂと負極板耳部２ｂとの溶接部（以降、正・負極をまとめて、ストラップ／耳部溶接界面と記載する）で腐食が進行し易いことが知られている。特に、電解液が正・負極活物質およびセパレータに含浸・保持されただけで遊離電解液が存在せず、極板耳部およびストラップが電解液から露出した状態にある制御弁式鉛蓄電池や電解液の減少により極板耳部とストラップとが電解液から露出した液式鉛蓄電池では、上記腐食がより進行し易く、極板耳部がストラップから切断されることがあり、鉛蓄電池の寿命に大きな影響を及ぼすことがわかってきた。
【０００９】
このようなストラップ／耳部溶接界面での腐食を抑制する方法が特許文献１で提案されている。
【００１０】
【特許文献１】特許３２２２９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
「背景技術」の項に記載された特許文献１では、特に、負極板耳部の腐食が、バーナー法による溶接の際に発生する耳部の熱履歴層に関係しているという知見によりなされたもので、負極板耳部の厚さをＴ(ｍｍ)とし、負極板耳部の溶解・凝固部分の下端の深さ（非溶解部分のストラップ下端からの深さ）をＤ（ｍｍ）としたときに、Ｔ≧１．１−Ｄ／６の関係を維持することにより、ストラップ／耳部溶接界面の腐食が抑制されるというものである。
【００１２】
しかしながらこれだけでは、ストラップ／耳部溶接界面での腐食が十分に抑制できないことに鑑み、本願発明者はその原因を調査した。
【００１３】
図５に示す方法でストラップを形成し、図４に示す正極ストラップのＸ−Ｘ'断面あるいは負極ストラップのＹ−Ｙ'断面で切断・研磨し、金属顕微鏡で溶接状態を観察した。
【００１４】
図６は、正極ストラップ３ａ部分の観察結果を模式的に示す要部断面図で、正極ストラップ／耳部溶接界面１２に隙間１３が形成されていることがわかる。
【００１５】
このような隙間１３が発生した鉛蓄電池では、使用中にそれらの部分に電解液が浸透し、隙間腐食が促進され、短寿命になる問題を抱えている。特に、上述した遊離電解液が存在しない制御弁式鉛蓄電池や電解液の減少により極板耳部とストラップとが露出した液式鉛蓄電池では、上記隙間１３に電解液が供給され難いため、硫酸鉛が生成すると隙間内の電解液濃度が低くなり、硫酸鉛の溶解度が上昇し腐食が一層に促進される。
【００１６】
したがって、本願発明の目的とするところは、櫛形治具、当金および足し鉛を用いてバーナー法により、ストラップを形成する鉛蓄電池の製造方法において、前記隙間１３の形成を大幅に抑制可能な鉛蓄電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願発明の課題を解決するための手段として、請求項１による発明は、櫛形治具、当金および足し鉛を用いてバーナー法により、ストラップを形成する鉛蓄電池の製造方法において、前記櫛形治具に設けられたスリットに挿入された正極板耳部および／または負極板耳部の櫛形上面より突出している部分の長さをＬ（ｍｍ）、正極板耳部および／または負極板耳部の厚さをｓ（ｍｍ）としとき、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たすことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、櫛形治具、当金および足し鉛を用いてバーナー法により、ストラップを形成する鉛蓄電池の製造方法において、前記櫛形治具に設けられたスリットに挿入された正極板耳部および／または負極板耳部の櫛形上面より突出している部分の長さをＬ（ｍｍ）、正極板耳部および／または負極板耳部の厚さをｓ（ｍｍ）としとき、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たす条件でストラップを形成した場合、ストラップ／耳部溶接界面付近での隙間の発生が抑制されるので、特に極板耳部およびストラップ部分が電解液から露出している構造の鉛蓄電池において、正極のストラップ／耳部溶接界面および／または負極ストラップ／耳部溶接界面の耐食性が大幅に改善され、寿命性能の優れた鉛蓄電池が得られ、その工業的効果が極めて大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本願発明を実施するための最良の形態は、櫛形治具、当金および足し鉛を用いてバーナー法により、ストラップを形成する鉛蓄電池の製造方法において、前記櫛形治具に設けられたスリットに挿入された正極板耳部および／または負極板耳部の櫛形上面より突出している部分の長さをＬ（ｍｍ）、正極板耳部および／または負極板耳部の厚さをｓ（ｍｍ）としとき、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たすことである。
【００２０】
図１は、本願発明を具体的に示す模式図で、図において、２ａは正極板耳部、２ｂは負極板耳部、７は櫛形治具、７１は櫛形治具に設けられたスリット（図１では正極板耳部２ａまたは負極板耳部２ｂが挿入されている）をそれぞれ示す。
【００２１】
本願発明者は、図１に示すように櫛形治具７に設けられたスリット７１に挿入された正極板耳部２ａおよび負極板耳部２ｂの櫛形治具上面から突出している部分の長さＬを種々変え、また、正・負極板耳部２ａ、２ｂの厚さｓを変えて溶接を行った結果、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たす条件でストラップを形成した場合、正極ストラップ／耳部溶接界面および／または負極のストラップ／耳部溶接界面での隙間の形成が大幅に抑制され良好な溶接状態の得られることを見出した。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例により本願発明を詳細に説明する。
（実施例１）
極板耳部の厚み４．０ｍｍの正極板５枚と極板耳部の厚み２．０ｍｍの負極板６枚とをガラス繊維径が１．０μｍ以下からなるガラスセパレータを介して積層して極板群を形成した。次に図５に示すように、正極板耳部２ａを櫛形治具７に設けられたスリット７１（図５では図示せず）に挿入し、当金８を櫛形治具７に当接し、さらに正極極柱４ａを当金８に設けられた凹部９に載置して、ガスバーナー１０および足し鉛１１を用いて正極ストラップ３ａを形成した。その際、櫛形治具７に設けられたスリット７１に挿入された正極板耳部２ａが櫛形治具７上面から突出する部分の長さＬを０．３〜４．５ｍｍと変え、Ｌ／ｓを種々変えた。その内容を表１に示す。この場合、負極板耳部２ｂの厚みｓは２．０ｍｍ、Ｌは１．０ｍｍ（Ｌ／ｓ＝０．５）に固定した。
【００２３】
それぞれのサンプルを１０個ずつ溶接して正極ストラップ３ａを形成し、図４に示すＸ−Ｘ'断面で切断研磨して溶接状態を観察した。その結果も同じく表１に示す。
【００２４】
なお、正極ストラップ３ａに接続される極板耳部２ａは５枚なので、観察した正極ストラップ／耳部溶接界面１２は５個所×１０個＝５０箇所である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１に示すように、Ｌ／ｓ＝０．０７〜Ｌ／ｓ＝０．７５の条件で正極ストラップ３ａを形成した場合、その断面の溶接状態は、図２に示すように正極ストラップ／耳部溶接界面１２の付近に隙間１３は見られず、良好な溶接状態が得られた。
【００２７】
一方、Ｌ／ｓ＝０．８８〜Ｌ／ｓ＝１．１２の条件で正極ストラップ３ａを形成した場合、図６に示したような正極ストラップ／耳部溶接界面１２の付近に隙間１３が見られた。隙間１３は、正極ストラップ／耳部溶接界面１２に沿ったものや正極ストラップ３ａの内部まで進行するものが発生していた。
【００２８】
以上の結果から、Ｌ／ｓが０．７５より大きい条件でガスバーナー法によりストラップを形成した場合、隙間１３が形成され、Ｌ／ｓが大きくなるほど、隙間１３の発生率は高くなることがわかった。
【００２９】
これらの隙間１３が発生する原因は、溶接時の状態を観察した結果、明らかになった。それを以下に示す。
【００３０】
図７は、Ｌ／ｓが０．７５より大きい条件で溶接した際のストラップが形成される途中経過を模式的に示す一部欠栽の正面図で、図に示すように、Ｌ／ｓが大きい、すなわちＬがｓに対して相対的に長いと、前記Ｌの下部が溶けきらないうちに溶融したＬの上部が覆い被さるため、その部分に隙間１３が生じる可能性が高くなることがわかった。
【００３１】
一方、Ｌ／ｓを０．７５以下の状態でストラップを形成した場合、図８に示すように、Ｌがｓに対して相対的に短いため、溶解する鉛の量が相対的に少なく、溶融した鉛が未溶融の鉛に覆い被さることに起因する大きな隙間１３は発生しない。また、Ｌがｓに対して相対的に短いほど極板耳部の熱容量が小さくなるため、溶融した足し鉛が熱を奪われ難く、その凝固速度が緩やかになる。その結果、溶融した足し鉛と耳部が十分に溶け合い、隙間１３が発生し難くいことがわかった。
【００３２】
以上のことから、Ｌ／ｓを０．７５以下にすることにより、隙間１３の発生を抑制できることが明らかになった。
【００３３】
しかしながら、Ｌ／ｓを０．２５より小さくしたＮｏ．１およびＮｏ．２の隙間１３の発生率は０／４１およびで０／４７とゼロであるが、分母が５０より小さくなっている。その理由は、Ｌ／ｓを小さくし過ぎると溶接時に溶融した耳部が櫛型治具から抜け落ちるという不具合（以下、鉛ダレと称する）が９／５０および３／５０と発生したためである。このようにＬ／ｓを小さくし過ぎると前記鉛ダレによる溶接の歩留まりが悪くなる別の問題が発生した。
【００３４】
なお、極板耳部の長側面および短側面と櫛形治具に設けられたスリット面とは密接しており、溶融した鉛がその間から抜けることはなく、鉛ダレが発生したのは、上述したようにＬ／ｓが小さいために極板耳部の上面がガスバーナーで溶融され、櫛形上面より低くなったために発生した隙間よりダレが発生した。
【００３５】
以上のように、正極ストラップ３ａをガスバーナー法で形成する場合、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たすことによって、良好な溶接状態が得られ、しかも生産性が低下しないことが明らかになった。
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同じ構成で、負極板耳部２ｂの厚みを２ｍｍとし、Ｌを０．３〜３．０ｍｍと変え、すなわちＬ／ｓを種々変えて、ガスバーナー法により負極ストラップ３ｂを形成し、その断面の観察を行った。その内容および観察結果を表２に示す。この場合、正極板耳部２ａの厚みｓは４．０ｍｍ、Ｌは２ｍｍ（Ｌ／ｓ＝０．５）に固定した。
【００３６】
なお、負極ストラップ３ｂと接続する極板は６枚なので、観察した負極ストラップ／耳部溶接界面１２は６個所×１０個＝６０箇所である。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
表２に示すように、正極板と同様の傾向が得られ、Ｌ／ｓ＝０．２５〜０．７５の条件でガスバーナー法によりストラップ３ｂを形成した場合、負極ストラップ／耳部溶接界面１２に隙間１３は見られず、Ｌ／ｓ＝１．０〜１．５では、負極ストラップ／耳部溶接界面１２に隙間１３が発生した。また、Ｌ／ｓ＝０．１５では、鉛ダレが４／６０発生した。
【００３９】
以上の結果から、負極板についても、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たすことによって、良好な溶接状態が得られることが明らかになった。
【００４０】
以上のように、正極板では耳部の厚み４ｍｍ、負極板では、耳部の厚み２ｍｍについて、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たすことによって、良好な溶接状態が得られる試験結果を説明したが、本願発明者は、鉛蓄電池で一般的に使用されている正・負極板耳部の厚み１．５ｍｍから５ｍｍの範囲について同様の試験を行い、本願発明のストラップ形成方法がストラップ／耳部溶接界面１２に隙間１３が生成されるのを抑制するのに有効であることを確認している。
（寿命試験）
表１および表２の内容で作製されたそれぞれの極板群を電槽に挿入し、蓋を溶着した後、電解液として所定の比重の希硫酸を注入して、電槽内で定格容量の２５０％の電気量で初充電を行い、定格容量（Ｃ５）５０Ａｈの鉛蓄電池を作製し、下記の条件で寿命試験を行った。但し、表１のＮｏ．１およびＮｏ．２ならびに表２のＮｏ．１の鉛蓄電池は、鉛ダレが発生し、生産性に問題があるので試験に供しなかった。
（寿命試験条件）
試験温度：６５℃
過充電電流：０．０１Ｃ５Ａ（０．５Ａ）（Ｃ：定格容量）
試験期間：１２ヶ月
ここでの定格容量とは、規定条件下で放電したときに蓄電池から取り出せる、製造業者が定めた電気量をいい、通常Ａｈで示される。また、定格容量は通常、Ｃで表示され、ＣＮで表示された場合のＮは時間率を表し、その時間率での定格容量を意味する。すなわち、上記のようにＣ５で５０Ａｈと記載された場合には、５０Ａｈ／５ｈ(時間)＝１０Ａで該蓄電池を放電したときに、放電持続時間が５ｈ以上、すなわち１０Ａ×５ｈ＝５０Ａｈ以上が得られること意味する。
【００４１】
また、初充電とは、極板群に一定の電気量を与え、発電機能を具備させる工程をいう。
【００４２】
上記試験を終了した各鉛蓄電池を解体し、溶接状態の観察を行った時と同じ方法で正極ストラップ３ａのＸ−Ｘ'断面、負極ストラップ３ｂのＹ−Ｙ'断面を切断・研磨して腐食状態の観察を行った。
【００４３】
本発明品である０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たす条件でストラップが形成された極板群を備えた鉛蓄電池では、正・負極板のいずれも、図９に示すようにストラップおよび極板耳部の表面に均一な腐食層１４のみが生成されており、ストラップ／耳部溶接界面１２に沿った隙間腐食は見られず、優れた耐食性を示した。
【００４４】
一方、Ｌ／ｓ＞０．７５の条件でストラップが形成された極板群を備えた鉛蓄電池では、図１０に示すようにストラップおよび極板耳部の表面に均一な腐食層１４だけでなく、ストラップ／耳部溶接界面１２に沿って隙間腐食１５が発生しており、前記腐食１５にはストラップ内部に進行したものが見られた。腐食形状などから判断すると、腐食は、溶接時に発生した隙間１３を起点にして進行したものと思われる。
【００４５】
なお、実施例１および２では、正・負極ストラップを形成して、正・負極板耳部と正・負極極柱とを溶接・接合する例を説明したが、正・負極極柱に代わって、正・負接続捍の場合についても溶接の試験を行い、同様の効果が得られることを確認している。
【００４６】
以上のことから、溶接の際に櫛形治具に設けられたスリットに挿入された正極板耳部および／または負極耳部の櫛形上面より突出している部分の長さをＬ（ｍｍ）、正極板耳部および／または負極板耳部の厚さをｓ（ｍｍ）としとき、０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の関係を満たすことにより、ストラップ／耳部溶接界面付近での隙間の発生を抑制することができ、その結果、それらの隙間を起点として進行する隙間腐食が抑制され、寿命性能の優れた鉛蓄電池が得られることが明らかになった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５におけるＬおよびｓを具体的に示す一部欠栽の正面図。
【図２】本発明の０．２５≦Ｌ／ｓ≦０．７５の条件でストラップを形成した場合のストラップ部の溶接状態を模式的に示す要部断面図。
【図３】発電要素を構成する極板群を模式的に示す要部正面図。
【図４】図３の破線部分を示す要部上面図。
【図５】ガスバーナー法によるストラップ形成の一例を示す一部欠栽の要部正面図。
【図６】比較品の条件でストラップを形成した場合のストラップ部の溶接状態を模式的に示す要部断面図。
【図７】比較品の条件でストラップを形成した際に隙間が発生する原因を模式的に示す要部正面図。
【図８】本発明の条件でストラップを形成した場合に隙間が発生しない原因を模式的に示す要部正面図。
【図９】本発明の条件でストラップを形成した極板群の寿命試験後の腐食状態を模式的に示す要部断面図。
【図１０】比較品の条件でストラップを形成した極板群の寿命試験後の腐食状態を模式的に示す要部断面図。
【符号の説明】
【００４８】
２ａ  正極板耳部
２ｂ  負極板耳部
３ａ  正極ストラップ
３ｂ  負極ストラップ
４ａ  正極極柱
４ｂ  負極極柱
６  極板群
７  溶接補助具Ａ（櫛型治具）
７１  櫛形治具に設けられたスリット
８  溶接補助具Ｂ（当金）
９  当金８に設けられた凹部
１０  足し鉛
１１  バーナー
１２  ストラップ／耳部溶接界面
１３  ストラップ／耳部溶接界面に形成された隙間
１４  ストラップおよび極板耳部の表面に生成した均一な腐食層
１５  ストラップ／耳部溶接界面に沿って進行した腐食
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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